Journée portes ouvertes du lycée samedi 25 février 2023 de 8h30 à 12h30 et de 13h30 à 16h30

Appareil de Masson

Loi ou phénomène : La pression exercée par un liquide sur le fond d’un vase ne dépend ni de la forme du vase ni du volume de liquide qu’il contient. En revanche, elle dépend de la hauteur de liquide.

Description : Cet appareil se compose d’un anneau métallique et de plusieurs vases en verre de formes différentes à visser sur l’anneau. Un obturateur muni d’un fil permet de fermer le fond de chaque vase. Un index effilé fixé sur le même support que l’anneau, repère la hauteur de liquide. L’anneau peut être porté par un support en bois ou métallique.

Expérience : Un des vases est disposé au-dessus d’un cristallisoir. Le fil de l’obturateur est accroché à l’un des plateaux d’une balance hydrostatique dont l’autre plateau est chargé de masses marquées de façon à plaquer l’obturateur contre l’anneau métallique. Dans le vase, on verse alors un certain volume de liquide, le plus souvent de l’eau et même de l’eau colorée pour rendre l’expérience plus visuelle et faciliter la lecture du niveau. On repère continuellement le niveau de la surface libre du liquide au cours du remplissage jusqu’à ce que l’obturateur se détache. À cet instant-là, on indique cette hauteur à l’aide du curseur. Puis, sans toucher à l’index ni aux masses marquées, on procède de la même manière avec les autres vases dans lesquels on introduit le même liquide. On constate que l’obturateur se détache toujours quand le niveau arrive en face de l’index bien qu’il ait fallu des volumes de liquide très différents suivant la forme des vases. On interprète cette expérience en faisant intervenir les forces exercées sur l’obturateur. Avant son détachement, l’obturateur subit son poids, la force pressante exercée par le liquide et la tension du fil ; ces trois forces ont même direction, les deux premières ont un sens opposé à la troisième. Or, la valeur de la tension du fil est égale à celle du poids total des masses marquées. Au moment où l’obturateur se détache, la force pressante du liquide a une valeur très légèrement supérieure à la différence des valeurs des deux autres forces. Au cours de cette expérience, les valeurs des forces ne varient pas et seul le volume du liquide varie. Cette expérience montre bien que la pression exercée au fond d’un récipient dépend de la hauteur et non du volume de liquide.

Remarque : On pourrait procéder à deux autres séries d’expériences. Sans toucher ni au vase ni au liquide, on modifierait le poids total des masses marquées. On noterait le niveau du liquide comme précédemment. On constaterait alors que les hauteurs augmentent avec le poids total des masses marquées. Sans toucher ni au vase ni aux masses marquées, on remplirait successivement le vase de liquides de densités (et donc de masses volumiques) différentes. On constaterait alors que les hauteurs diminuent lorsque la densité du liquide augmente. Les résultats de ces expériences valident une partie du principe de Pascal, à savoir que la valeur de la pression au sein d’un liquide augmente avec la masse volumique et avec la hauteur de ce liquide.

Les appareils de Haldat, quoique différemment conçus, montrent le même phénomène.

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